(57)【要約】【課題】高精度で真空室内等の湿度を測定できる小型の湿度測定装置を提供する。【解決手段】真空室２内等の周囲の湿度を測定する湿度測定装置３である。周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が入り込む空隙を有する検査部材６と、この検査部材６が取り付けられて検査部材６と共に振動する振動部７と、この振動部７を設定周波数で振動させる駆動部１１又は１４、周囲の湿度の変化に応じて上記空隙に入り込む水分子量が変化することで上記検査部材６の質量が上記湿度に比例して変化しこれによって上記設定周波数からずれる上記振動部７の振動周波数を測定して間接的に湿度を測定する測定部１２又は１５を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲の湿度を測定する湿度測定装置であって、
周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が入り込む空隙を有する検査部材と、
当該検査部材が取り付けられて当該検査部材と共に振動する振動部と、
当該振動部を設定周波数で振動させる駆動部と、
周囲の湿度の変化に応じて上記空隙に入り込む水分子量が変化することで上記検査部材の質量が上記湿度に比例して変化しこれによって上記設定周波数からずれる上記振動部の振動周波数を測定して間接的に湿度を測定する測定部と
を備えたことを特徴とする湿度測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の湿度測定装置において、
上記検査部材が、上記振動部の表面に積層して形成される金属、酸化物、フッ化物または硫化物の膜であることを特徴とする湿度測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の湿度測定装置において、
上記振動部が、上記設定周波数で印加される電圧に反応して振動する圧電性物質を備えて構成されたことを特徴とする湿度測定装置。
【請求項４】
請求項３に記載の湿度測定装置において、
上記圧電性物質が水晶振動子であることを特徴とする湿度測定装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の湿度測定装置において、
上記振動部が、高周波で振動することを特徴とする湿度測定装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の湿度測定装置において、
上記検査部材が取り付けられた振動部が真空室内に装着されて、当該真空室内の湿度を測定することを特徴とする湿度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周囲の湿度を測定する湿度測定装置に関し、特に真空蒸着で成形される膜材の屈折率等に影響する、真空室内の湿度測定に用いて好適な湿度測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば真空蒸着においては、真空引きされた真空室内で、金属等の材料を蒸発させて対象物の表面に蒸着膜を形成する処理である。具体的には、真空室内に膜材を形成する対象物を装着して真空引きし、膜材の材料を蒸発させて、対象物の表面に蒸発させた材料を積層させる。これにより、対象物の表面に均一な蒸着膜を形成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、一般的な真空蒸着装置では、設定膜厚の均一な蒸着膜を形成するための制御が行われるだけで、湿度の違いは特に考慮されていない。湿度の違いに関しては、作業者が真空蒸着作業を行う前に湿度を確認して微調整を行う程度で、具体的な装置の制御対象にはされていなかった。これは、湿度まで考慮しなくても、これまでは精度的に問題にならなかったためである。
【０００４】
ところが、近年の各種の光学機器の精密化、高精度化によって、真空室内の湿度の変化による蒸着膜の屈折率の変化まで問題になるようになってきた。即ち、真空蒸着装置で蒸着膜を形成する際に、真空室内の湿度の違いで蒸着膜の屈折率が微妙に変化してしまい、その蒸着膜が施された部品を使用した光学機器の精度が低下するという問題が生じてきた。
【０００５】
なお、真空蒸着装置によって蒸着膜を形成する際に屈折率が変化するのは以下の理由による。真空室内で材料を蒸発させて対象物の表面に付着させるときに、蒸発した材料と共に真空室内に存在する水分子も蒸着膜内に入り込んでしまう。この水分子が蒸着膜内に入り込む量は真空室内の水分子量（湿度）に応じて決まる。この水分子量は、材料の蒸発に伴って真空室の内壁等から飛び出す水分子も加わって変化してしまう。そして、蒸着膜内に入り込んだ水分子量に応じて蒸着膜の屈折率も変化してしまう。この蒸着作業が始まった後の水分子量の変化は測定することができないため、これまで考慮されることはなかった。
【０００６】
しかし、この僅かな水分子量（湿度）の違いで変化する蒸着膜の屈折率も、近年の光学機器の精密化、高精度化によって問題になるようになってきた。
【０００７】
このため、真空蒸着装置に真空室内の湿度を測定する装置を設ける必要性が出てきたが、真空蒸着装置に組み込めるような小型のもので、真空室内の僅かな水分子量（湿度）を測定できる高精度の湿度測定装置はこれまでなかった。
【０００８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、真空室内等での僅かな湿度の変化を高精度で測定することができる小型の湿度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の課題を解決するために、本発明に係る湿度測定装置は、周囲の湿度を測定する湿度測定装置であって、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が入り込む空隙を有する検査部材と、当該検査部材が取り付けられて当該検査部材と共に振動する振動部と、当該振動部を設定周波数で振動させる駆動部と、周囲の湿度の変化に応じて上記空隙に入り込む水分子量が変化することで上記検査部材の質量が上記湿度に比例して変化しこれによって上記設定周波数からずれる上記振動部の振動周波数を測定して間接的に湿度を測定する測定部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記構成により、検査部材が、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子を吸収して、周囲の湿度に比例した質量に変化する。これにより、上記質量の変化に応じて上記振動部の振動周波数が設定周波数からずれてしまい、測定部がこのずれ量を測定して、間接的に湿度を測定する。
【００１１】
上記検査部材は、上記振動部の表面に積層して形成される金属、酸化物、フッ化物または硫化物の膜であることが望ましい。上記振動部は、上記設定周波数で印加される電圧に反応して振動する圧電性物質を備えて構成することが望ましい。上記圧電性物質は高周波で振動する水晶振動子であることが望ましい。また、本発明に係る湿度測定装置は、真空室内の湿度を測定することが望ましい。
【００１２】
これにより、金属、酸化物、フッ化物または硫化物の膜（例として、酸化チタンまたは酸化シリコンの膜）が、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子を吸収して、周囲の湿度に比例した質量に変化する。上記振動部では、水晶振動子等の圧電性物質が設定周波数、特に高周波で振動して、僅かな質量の違いでも周波数が大きくずれるように設定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
検査部材が水分子を吸収して質量が変化するのに応じてずれる上記振動部の振動周波数のずれ量を測定して、間接的に湿度を測定するため、僅かな質量の変化も検出することができ、僅かな湿度の変化を測定することができる。
【００１４】
特に、上記検査部材を金属、酸化物、フッ化物または硫化物の膜（例として、酸化チタンまたは酸化シリコンの膜）にすることで、水分子を効率的に吸収して、周囲の湿度の変化によく追随して、周囲の湿度に比例した質量に変化させることができる。また、上記振動部では、水晶振動子等の圧電性物質が設定周波数、特に高周波で振動させることで、僅かな質量の違いでも周波数が大きくずれるように設定することができるため、僅かな湿度の変化を測定することができる。この結果、真空室内等の僅かな湿度の変化も高い精度で測定することができるようになる。
【００１５】
また、測定部分を、水晶振動子等の小さな振動部と、この振動部に積層等により取り付けられる検査部材とから構成したので、この測定部分を小型化することができ、真空蒸着装置等の狭い空間にも容易に組み込むことができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
本発明の湿度測定装置は、僅かな湿度の変化を測定する必要がある空間での湿度測定に用いることができるものである。特に、湿度測定装置は、真空室のように僅かな水分子しか存在しないような空間での湿度測定に用いて好適な装置である。ここでは、湿度測定装置を真空蒸着装置に用いた場合を例に、図１に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る湿度測定装置を備えた真空蒸着装置を示す概略構成図である。
【００１８】
図中の真空蒸着装置１は一般的に知られた装置である。このため、真空蒸着装置１については概略的に説明する。真空蒸着装置１は主に、蒸発させる材料を加熱する加熱手段(図示せず)と、蒸発させる材料を入れる坩堝（図示せず）と、蒸着対象物である基板(図示せず)と、真空室２と、この真空室２内の湿度を測定する湿度測定装置３と、湿度測定装置３での測定値の演算や真空室２内の真空引きや蒸着膜の膜厚調整等を制御する制御部４等を備えている。
【００１９】
坩堝は、蒸発させる金属材料等を入れるためのものである。加熱手段は、坩堝に入れられた材料を蒸発させるための手段である。加熱手段は、電子銃や電子流調整部（いずれも図示せず）等で構成されている。蒸着対象物である基板は、その表面に蒸着膜を施す対象部材である。
【００２０】
真空室２は真空蒸着を行うための空間である。真空室２内が真空引きされて、真空蒸着作業が行われる。
【００２１】
湿度測定装置３は真空室２内の湿度を測定するための装置である。この湿度測定装置３は図２に示すように主に、検査部材６と、振動部７と、駆動部１１又は１４と、測定部１２又は１５とから構成されている。
【００２２】
検査部材６は、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が入り込む空隙を有する材料である。検査部材６は、真空室２内の湿度を間接的に測定する。検査部材６は、水分子が入り込んだり抜け出たりする空隙を有し、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が入り込み、この空隙に入り込んだ水分子量の違いによって質量が変化するようになっている。即ち、検査部材６は、真空室２内の湿度の違いに比例して質量が変化するようになっている。この結果、真空室２内の湿度と、検査部材６の質量とが比例関係になっている。このため、真空室２内に配設した検査部材６の質量の変化を測定することで、間接的に真空室２内の湿度の変化を測定することができる。
【００２３】
検査部材６は、振動部７の上側表面に積層して設けられている。具体的には検査部材６は、振動部７の上側表面に積層して形成される酸化チタンまたは酸化シリコンの膜で構成されている。これらの部材は、周囲に存在する水分子を、その密度に比例した個数だけ取り込んだり放出したりすることができる大きさの空隙を作りやすい材料である。このような空隙を多数有する多孔質の検査部材６を振動部７の上側表面に設けることで、湿度の違いに比例して質量が変化する振動子を構成している。振動部７の上側表面に設けられる検査部材６の形状は、振動部７の振動に最も効率的に影響を与えることができる態様になっている。この検査部材６の形状は、振動部７の具体的な寸法、形状の等の諸条件によって異なるため、各振動部７に応じて、円盤状、三角形状、四角形状、ドーナツ状等の種々の形状に適宜設定される。また、検査部材６は、特定形状の１つの部材で構成されたり、小さいものを複数組み合わせて構成されたりする。即ち、検査部材６は、水分子の吸収による質量の変化を振動部７の振動周波数の変化に最も効率的に影響させることができる態様で設けられる。なお、検査部材６の材料としては、酸化チタンまたは酸化シリコンの膜に限らず、金属、酸化物、フッ化物または硫化物の膜であって、周囲の湿度の違いに応じた比率で水分子が出入りする空隙を形成できる材料であればよい。
【００２４】
振動部７は、上記検査部材６が取り付けられて検査部材６と共に振動する部材である。この振動部７は、設定周波数で印加される電圧に反応して振動する圧電性物質によって構成されている。この圧電性物質としては、チタン酸バリウムなどの金属酸化物粉末を圧縮焼成した圧電セラミックスや、水晶振動子等を用いることができる。また、水晶振動子の場合は、ＡＴカット型、ＢＴカット型、音叉型等の種々の形式の水晶振動子を用いることができる。ここでは圧電性物質として、ＡＴカット型の水晶振動子を用いている。このＡＴカット型の水晶振動子を高周波で振動させるようになっている。振動部７は、その上側面を球面状に形成され、この球面状の上側表面に検査部材６が積層して設けられている。振動部７は、真空室２内に装着されている。駆動部１１又は１４等の他の回路は、真空室２の外側に設けられている。なお、振動部７の上側面及び下側面にはそれぞれ電極層(図示せず)が設けられている。
【００２５】
駆動部１１又は１４は、振動部７を設定周波数で振動させるための回路である。測定部１２又は１５は、駆動部１１又は１４で振動させた振動部７の振動周波数を測定するための回路である。振動部７を振動させる回路及び振動部７の振動周波数を測定する回路としては、一般に用いられている種々の回路を用いることができる。ここでは、発信法８による回路と伝送法９による回路の２つの例を図示している。これのうちの一方の回路で、振動部７の振動及び振動周波数の測定が可能である。
【００２６】
駆動部１１又は１４としては、振動部７の水晶振動子に高周波電圧を印加して水晶振動子を高周波で振動させることができる回路全てを用いることができる。ここでは、発信法８の駆動部１１の例としてはオシュレータを用いている。伝送法９の駆動部１４の例としてはπ回路を用いている。
【００２７】
測定部１２又は１５としては、振動部７の水晶振動子の高周波振動を測定することができる回路全てを用いることができる。ここでは、発信法８の測定部１２の例としてはカウンターを用いている。伝送法９の測定部１５の例としてはネットワークアナライザーを用いている。
【００２８】
上記振動部７は、上記駆動部１１又は１４がこの振動部７に設定周波数の電圧を印加することによって、設定周波数で振動するようになっている。駆動部１１又は１４は、基準となる湿度（例えば、湿度１％）のときに、その湿度に比例した質量になっている検査部材６を備えた振動部７が、設定周波数で振動することができるように調整された周波数の電圧を印加するようになっている。これにより、振動部７は、基準となる湿度で、上記駆動部１１又は１４がこの振動部７に調整された設定周波数の電圧を印加することによって、設定周波数で振動する。そして、基準となる湿度を境にして、湿度が高くなれば振動部７の振動周波数は設定周波数よりも低くなる方向にずれ、湿度が低くなれば振動部７の振動周波数は設定周波数よりも高くなる方向にずれる。そして、このずれた振動周波数を測定して周囲の湿度を間接的に測定するものである。
【００２９】
また、振動部７は、高周波で振動される。これは、高周波にすることで、僅かな質量の変化でも、波長のずれを大きくすることができるためである。これにより、高い精度で湿度の変化を測定することができる。
【００３０】
測定部１２又は１５は、間接的に湿度を測定するために、設定周波数からずれる振動部７の振動周波数を測定する。この測定部１２又は１５は、振動部７の振動周波数を測定して、この振動周波数から設定周波数を減算して得た値から湿度を間接的に測定するようになっている。測定部１２又は１５には、メモリ(図示せず)等の記憶領域が設けられている。この記憶領域には、振動部７の振動周波数の設定周波数からのずれと湿度との関係が記録されている。即ち、振動部７の振動周波数から設定周波数を減算した値と、真空室２内の湿度との関係を、予め実験的に特定しておき、その関係が記憶領域に記録されている。これにより、真空室２の湿度の変化に応じて検査部材６の空隙に入り込む水分子量が変化することで検査部材６の質量が上記湿度に比例して変化し、これによって上記設定周波数からずれる振動部７の振動周波数を測定し、この振動周波数から設定周波数を減算して得た値から間接的に湿度を測定するようになっている。なお、上記振動周波数から設定周波数を減算する減算回路と上記メモリとは、制御部４に設けてもよい。
【００３１】
制御部４は、測定部９での測定値に基づいて、基準湿度からのずれの分を補正する厚さに、蒸着膜の膜厚を設定し直し、その膜厚で蒸着膜を形成するようになっている。
【００３２】
［動作］
以上のように構成された真空蒸着装置１では、次のようにして基板の蒸着膜が形成される。
【００３３】
真空室２内に坩堝と基板が装着されて真空室２内が真空引きされ、上記加熱手段で坩堝内の材料が加熱されて蒸発され、基板の表面に蒸着される。この蒸着作業は、真空蒸着装置１で行う一般的なものである。このとき、基板に形成する蒸着膜の膜厚を真空室２内の湿度に応じた厚さに設定する。この蒸着膜の膜厚は、以下の処理によって設定する。
【００３４】
まず、真空室２内の振動部７を駆動部１１又は１４によって設定周波数で振動させ、測定部１２又は１５によって振動部７の振動周波数を測定する。次いで、測定部１２又は１５で、測定した振動周波数から設定周波数が減算されて、その減算値から、メモリ内のデータ（減算値と真空室２内の湿度との関係）を参照して湿度が特定される。
【００３５】
制御部４では、予め特定しておいた反射光の強度と真空室２内の湿度との関係及び湿度の変化と蒸着膜の膜厚の補正分との関係から、蒸着膜の膜厚の補正分を特定する。
【００３６】
次いで、制御部４は、真空蒸着装置１の各部を制御して、上記湿度から特定した補正分を含む膜厚に設定し直して蒸着膜を形成する。
【００３７】
［効果］
以上のように、真空室２内の湿度の変化を、検査部材６の水分子の変化による周波数の変化として検出するため、高い精度で真空室２の湿度を間接的に測定することができる。
【００３８】
検査部材６が水分子を吸収して質量が変化するのに応じてずれる振動部７の振動周波数のずれ量を測定して、間接的に湿度を測定するため、僅かな質量の変化も検出することができ、僅かな湿度の変化を測定することができるようになる。この結果、真空室２内の湿度の変化を容易に検出することができるようになる。
【００３９】
特に、検査部材６を酸化チタンまたは酸化シリコンの膜にすることで、水分子を効率的に吸収して、周囲の湿度の変化によく追随して、周囲の湿度に比例した質量に変化させることができるため、高い精度で湿度の変化を間接的に検出することができるようになる。
【００４０】
また、振動部７を高周波で振動させるため、僅かな質量の違いでも周波数が大きくずれるように設定することができ、僅かな湿度の変化を高い精度で測定することができる。この結果、真空室２内の僅かな湿度の変化も高い精度で測定することができるようになる。
【００４１】
また、測定部分を、水晶振動子からなる小さな振動部７と、この振動部７に積層して設けた検査部材６とから構成したので、この測定部分を小型化することができ、真空蒸着装置の真空室２のような狭い空間にも容易に組み込むことができるようになる。
【００４２】
［変形例］
上記実施形態では、湿度測定装置３の駆動部８等を真空室２の外部に設けたが、真空室２内にスペース的な余裕があれば、駆動部１１又は１４等を真空室２内に設けてもよい。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００４３】
また、上記実施形態では、真空蒸着装置１の真空室２内の湿度を測定する湿度測定装置３を例に説明したが、僅かな湿度の変化を高い精度で測定する必要のある用途全般に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施形態に係る真空蒸着装置を示す概略構成図である。
【図２】湿度測定装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：真空蒸着装置、２：真空室、３：湿度測定装置、４：制御部、６：検査部材、７：振動部、８：駆動部、９：測定部、１１：オシュレータ、１２：カウンター、１４：π回路、１５：ネットワークアナライザー。
【図１】
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【図２】
2007114015.tif 000004